Kuantum Mekaniği ve Meşhur “Schrödinger’in Kedisi” Deneyi
Kuantum dünyası sürprizlerle doludur. Bir kuantum parçacığının davranışı şaşırtıcıdır. Einstein fotoelektrik etkisi ile bir ışık dalgasının parçacık özelliği gösterdiğine işaret ederken, Davisson-Germer deneyi ise bir elektronun dalga özelliği gösterdiğini ispatlamıştır. Kuantum parçacıkları âdeta bölünmüş kişilik bozukluğundan muzdariptir.
Kuantum mekaniği günlük dil ve gözlemlerle kolayca bağdaştırılamaz. Fizikçiler için de genellikle saçma görünüyordu. Dolayısıyla, “Kuantum Fiziği” kavramı ortaya çıktığından beri dünyanın dört bir yanındaki insanlar, esrarengiz kuantum dünyasında olayların aslında nasıl gerçekleştiğini açıklamak için bir dizi yorum yaptı. Ancak, geçen yüzyılın son yarısından itibaren aynı kuantum parçacığının nasıl ve neden farklı şekillerde davranabileceğine dair en kabul edilebilir açıklama Kopenhag Yorumu ile yapıldı. Öyleyse, öncelikle Kopenhag yorumunun gerçekte tam olarak ne dediğini anlamaya çalışalım.
Kopenhag Yorumu
Kuantum mekaniğinde Kopenhag yorumu, 1925’ten 1927’ye yayılan bir süreçte Niels Bohr ve Werner Heisenberg tarafından geliştirildi. Kuantum mekaniğinin önerilen en eski yorumlarından biridir ve hala en çok izlenen yöntemlerden biri olmaya devam ediyor. Bu yoruma göre, fiziksel sistemler ölçülmeden önce belirli özelliklere sahip değildir ve kuantum mekaniği sadece belirli bir ölçümün olası sonuçlarının olasılık dağılımını tahmin edebilir.
Başka bir ifadeyle, ölçüm sistemi etkiler ve ölçümden hemen sonra olası değerlerden sadece birinin elde edilebilmesine neden olur. Kafanız mı karıştı? Bu noktada biraz şaşırmak çok doğal çünkü günlük yaşamımızda tanık olduğumuz sahneler bunlar değil. İşte Schrödinger, Kopenhag’ın süperpozisyon yorumundaki bir eksiğe dikkat çekmek için ünlü kedi deneyi ile bu noktada sahneye çıktı.
“Schrödinger’in Kedisi” Deneyinin Amacı
Başlamadan önce, bir şeyi açıklığa kavuşturalım. Schrödinger’in kedi deneyi herhangi bir laboratuarda yapılan gerçek bir etkinlik değildi. 1935’te Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger tarafından tasarlanan bir düşünce deneyiydi ve fikir babası da Albert Einstein idi. Schrödinger bu deneyi, mikroskobik dünyada süperpozisyonu açıklamak için kullanılan matematiksel terminolojiyi ortalama bir insanın algılayıp anlayabileceği makroskopik terimlerle değiştirdiğinde Kopenhag yorumunun nasıl görüneceğini gösterme için tasarladı.
Kedi Hem Ölü Hem Yaşıyor
Bu ünlü düşünce deneyinde bir kedi, aşağıda gösterildiği şekilde içinde bir Geiger sayacı, bir şişe zehir, bir çekiç ve bir radyoaktif madde olan çelik bir kutuya yerleştirilir. Radyoaktif madde bozunduğunda, Geiger sayacı bunu algılar ve hemen zehir şişesini kıracak şekilde çekici tetikler, hepsinin sonucunda kedi ölür. Ancak, radyoaktif bozunma rastgele bir süreçtir ve ne zaman olacağını tahmin etmenin bir yolu yoktur. Yani atom, bir tür süperpozisyon durumunda bulunur —aynı anda hem bozunmuş hem de bozunmamış halde.
Kutu açılana ve herhangi bir gözlem yapılana kadar, bir gözlemci kedinin canlı mı ölü mü olduğunu bilmez. Bunun nedeni, kedinin kutudaki kaderinin atomun bozunup bozunmamasına bağlı olmasıdır. Yani Schrödinger’in deyimiyle, kedi gözlemlenene kadar “eşit miktarda canlı ve ölü”dür. İşte Schrödinger’in deneyi budur. Peki, bu ne anlama geliyor?
Yukarıda anlatıldığı üzere, kedi aynı anda hem ölü hem de canlı haldedir. Ancak, aynı anda hem ölü hem canlı olan bir kedinin varlığı oldukça saçmadır ve gerçek dünyada gerçekleşmez. Öyle değil mi? Yani bu düşünce deneyi, olası tüm sonuçların sadece bir sonuca indirgenmesinin sadece bilinçli gözlemciler ve ölçümler sayesinde olmadığını gösterdi. Bu sadeleştirmeler için daha fazla şey gerekiyor. Kuantum parçacığının yaptığı her etkileşim durumunu çökertebilir.
Bu, radyoaktif atomun Geiger sayacıyla etkileşime girer girmez, bozunmuş ve bozunmamış durumundan belirli bir duruma geçeceği anlamına gelir. Geiger sayacı ya kesinlikle tetiklenecek ve kedi ölecek ya da sayaç hiç tetiklenmeyecek ve kedi ölmeyecek. Ama ikisi aynı anda olmayacak. Yani, kuantum durum çöküşü sadece bilinçli gözlemciler/ölçümler tarafından yönlendirilmez ve “Schrödinger’in Kedisi” sadece Schrödinger tarafından bu gerçeği daha açık ve anlaşılır hale getirmek için bulunan bir öğretim aracıydı.
Kuşkusuz, gözlemcinin ve ölçümlerin rolü kuantum fiziği çalışmalarında önemli bir soru olmaya devam etmektedir ve özellikle kuantum hesaplama alanında sonsuz bir spekülasyon kaynağıdır.
Yine de yıllar boyunca Schrödinger’in kedi betimlemesi, kuantum mekaniğinin nasıl çalıştığına dair ortaya çıkan teorileri örneklemek için kullanılan en iyi benzetimlerden biri olmuştur.